python的设计模式
设计模式是解决软件设计中常见问题的可重用解决方案。Python 作为一种灵活且强大的编程语言，支持多种设计模式的实现。以下是 Python 中常见的几种设计模式及其示例：
1. 单例模式（Singleton Pattern）
确保一个类只有一个实例，并提供全局访问点。
class Singleton:_instance = Nonedef __new__(cls, *args, **kwargs):if not cls._instance:cls._instance = super().__new__(cls, *args, **kwargs)return cls._instance# 使用
s1 = Singleton()
s2 = Singleton()
print(s1 is s2) # 输出: True
2. 工厂模式（Factory Pattern）
通过工厂类创建对象，而不是直接调用构造函数。
from abc import ABC, abstractmethod# 抽象产品
class Animal(ABC):@abstractmethoddef speak(self):pass# 具体产品
class Dog(Animal):def speak(self):return "Woof!"class Cat(Animal):def speak(self):return "Meow!"# 工厂类
class AnimalFactory:def create_animal(self, animal_type):if animal_type == "dog":return Dog()elif animal_type == "cat":return Cat()else:raise ValueError("Unknown animal type")# 使用
factory = AnimalFactory()
dog = factory.create_animal("dog")
print(dog.speak()) # 输出: Woof!
3. 观察者模式（Observer Pattern）
定义对象间的一对多依赖关系，当一个对象状态改变时，所有依赖它的对象都会收到通知。
class Subject:def __init__(self):self._observers = []def attach(self, observer):self._observers.append(observer)def detach(self, observer):self._observers.remove(observer)def notify(self):for observer in self._observers:observer.update(self)class Observer:def update(self, subject):pass# 具体观察者
class ConcreteObserver(Observer):def update(self, subject):print("Subject's state has changed!")# 使用
subject = Subject()
observer = ConcreteObserver()
subject.attach(observer)
subject.notify() # 输出: Subject's state has changed!
4. 策略模式（Strategy Pattern）
定义一系列算法，并将它们封装在独立的类中，使它们可以互相替换。
from abc import ABC, abstractmethod# 策略接口
class PaymentStrategy(ABC):@abstractmethoddef pay(self, amount):pass# 具体策略
class CreditCardPayment(PaymentStrategy):def pay(self, amount):print(f"Paid {amount} via Credit Card")class PayPalPayment(PaymentStrategy):def pay(self, amount):print(f"Paid {amount} via PayPal")# 上下文类
class PaymentContext:def __init__(self, strategy: PaymentStrategy):self._strategy = strategydef execute_payment(self, amount):self._strategy.pay(amount)# 使用
context = PaymentContext(CreditCardPayment())
context.execute_payment(100) # 输出: Paid 100 via Credit Card
5. 装饰器模式（Decorator Pattern）
动态地为对象添加功能，而不改变其结构。
class Coffee:def cost(self):return 5class MilkDecorator:def __init__(self, coffee):self._coffee = coffeedef cost(self):return self._coffee.cost() + 2class SugarDecorator:def __init__(self, coffee):self._coffee = coffeedef cost(self):return self._coffee.cost() + 1# 使用
coffee = Coffee()
coffee_with_milk = MilkDecorator(coffee)
coffee_with_milk_and_sugar = SugarDecorator(coffee_with_milk)
print(coffee_with_milk_and_sugar.cost()) # 输出: 8
6. 适配器模式（Adapter Pattern）
将一个类的接口转换成客户端期望的另一个接口。
class EuropeanSocket:def voltage(self):return 230class USASocket:def voltage(self):return 120class Adapter:def __init__(self, socket):self._socket = socketdef voltage(self):if isinstance(self._socket, EuropeanSocket):return self._socket.voltage() / 2return self._socket.voltage()# 使用
european_socket = EuropeanSocket()
adapter = Adapter(european_socket)
print(adapter.voltage()) # 输出: 115
7. 命令模式（Command Pattern）
将请求封装为对象，从而使不同的请求、队列或日志支持参数化操作。
class Command(ABC):@abstractmethoddef execute(self):passclass LightOnCommand(Command):def __init__(self, light):self._light = lightdef execute(self):self._light.on()class Light:def on(self):print("Light is on")# 使用
light = Light()
command = LightOnCommand(light)
command.execute() # 输出: Light is on
8. 模板方法模式（Template Method Pattern）
定义一个算法的框架，允许子类在不改变结构的情况下重写某些步骤。
from abc import ABC, abstractmethodclass Game(ABC):def play(self):self.initialize()self.start()self.end()@abstractmethoddef initialize(self):pass@abstractmethoddef start(self):pass@abstractmethoddef end(self):passclass Chess(Game):def initialize(self):print("Chess game initialized")def start(self):print("Chess game started")def end(self):print("Chess game ended")# 使用
chess = Chess()
chess
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